13C脉冲标记法定量冬小麦光合碳分配及其向地下的输入

研究冬小麦生长向地下部分的输入对于土壤固碳和作物生产具有重要意义.分别在分蘖期、拔节期、花期和灌浆期,用~(13)CO2对冬小麦进行脉冲标记7 h,标记结束后28 d(示踪期)破坏性取样,测定冬小麦地上部、根、土壤和土壤呼吸中的~(13)C含量等指标.研究结果表明,在各标记时期,冬小麦光合固定的~(13)C大部分保留在地上部(51.6%~90.8%),且随小麦生长的进行而逐渐向地上部分配,向地下部分(根系、土壤和根际呼吸)的转移随生长进程的延续而降低.转移到地下部的~(13)C中,有22.9%~65.3%被根际呼吸消耗,24.3%~59.3%在根部保存,10.4%~17.8%通过根际沉积转化为土壤有机碳.示踪期28d内最后2 d呼吸产生的~(13)C只占整个示踪期根际呼吸~(13)C量的0.7%~2.7%,说明28 d的示踪期可以确保光合碳在各系统分配完全.在整个生育期内,冬小麦净吸收的光合碳分配到地上部、根部、土壤有机碳和根际呼吸的比例分别为78.5%、6.0%、3.1%和12.4%.结合当地生产方式估算,冬小麦在整个生育期内输入到地下的总碳量为1.72 t·hm~(-2),其中有0.99t·hm~(-2)被根际呼吸消耗,根部固持碳量为0.48 t·hm~(-2),0.25 t·hm~(-2)以有机碳沉积的形式进入土壤.     

农田土壤碳循环过程及其量化方法

已有研究表明除了作物碳（根际沉积碳和秸秆碳）对农田土壤有机碳（SOC）的输入外，土壤碳还来源于土壤自养微生物固定SOC的贡献以及土壤无机碳（SIC）的固定（无机化学途径和微生物的生物矿化途径）.农田SOC的高低主要受到外源作物碳输入和原有SOC分解的平衡作用.作物碳输入在短期内通常促进SOC的分解，呈现正（根际）激发效应.通过整合分析主要作物的根际激发效应和秸秆还田的激发效应的研究，发现作物根系生长和秸秆还田引起的（根际）激发效应大小平均值分别为75%和67%.尽管秸秆还田通过激发效应引起SOC分解的额外释放，但是土壤残留秸秆碳通常大于激发效应导致SOC的额外损失，因此秸秆还田可能增加SOC的储量.在农田系统中，秸秆碳和根际沉积碳往往共存，这导致土壤碳输入和输出至少有3个碳源（根际沉积碳、秸秆碳和土壤碳），由于多碳源体系的区分方法存在挑战，目前这两种作物碳（根际沉积碳和秸秆碳）对SOC分解的激发效应影响是不清晰的.最后，提出了新量化方法，可以多源区分根际CO₂排放以及SOC中作物碳输入的碳源，以及区分碱性土壤中无机化学和微生物途径对SIC的贡献.研究有助于提高对农田土壤SOC和SIC输入和输出途径的理解，以及农田土壤碳平衡评估的精确度.     

秸秆与氮肥配比对农田土壤内外源碳释放的影响

秸秆配施氮肥调节C/N比不仅影响外源秸秆的矿化,也影响内源土壤有机碳（SOC）的分解（即激发效应）,因此研究秸秆与氮肥配比对土壤内外源有机碳分解的影响,对于农田温室气体减排和土壤肥力提升具有双重意义.本研究以山东桓台农田土壤为研究对象,为了探究秸秆与氮肥的配比对秸秆与SOC分解的影响,在不同氮肥水平下,采用¹³C标记玉米秸秆进行室内土壤培养32周,设置4个处理：CK、秸秆（S）、秸秆+低量尿素（SN1）和秸秆+高量尿素（SN2）.在整个培养期进行16次动态取样,借助¹³C两元线性模型,拆分土壤释放CO₂中源于秸秆和SOC的比例.结果表明,随着培养时间的进行,SOC分解对土壤释放CO₂的贡献呈先减少后升高的趋势,相反,秸秆矿化对土壤释放CO₂的贡献呈先升高后减少的趋势,到培养期末,SOC和秸秆分解对土壤CO₂释放的贡献分别为0.84~0.86和0.14~0.16;在整个培养期,施氮对秸秆累计分解的影响呈先增加后减少的趋势,高氮和低氮施用对秸秆分解的促进程度最高分别为15.8%和7.9%,经历整个培养期,低氮抑制秸秆幅度达到7.1%,而高氮呈轻度促进秸秆分解的趋势（0.7%）.在整个培养期,秸秆配施不同氮量对SOC矿化的激发效应程度呈先升高后降低趋势,在第7 d取样达到最高为55%~148%,并且随着施氮量增加而升高,随着培养时间的进行,各处理的激发效应程度趋于相等,约为50%.因此,秸秆配施氮肥调节C：N不仅影响外源秸秆对SOC的贡献,也影响内源SOC的分解,进而影响土壤碳的固持,经过整个培养期,土壤残留秸秆碳不能完全补偿因激发效应导致SOC的损失,导致SOC库的净亏损.